1.Что называется жидкостью?

Жидкостью в гидравлике называют физическое тело способное изменять свою форму при воздействии на нее сколь угодно малых сил. Различают два вида жидкостей: жидкости капельные и жидкости газообразные. Капельные жидкости представляют собой жидкости в обычном, общепринятом понимании этого слова (вода, нефть, керосин, масло и.т.д.). Газообразные жидкости - газы, в обычных условиях представляют собой газообразные вещества (воздух, кислород, азот, пропан и т.д.).

2. Что понимают в гидравлике под идеальной жидкостью?

В гидравлике рассматриваются реальная и идеальная жидкости. Идеальная жидкость в отличие от реальной жидкости не обладает внутренним трением, а также трением о стенки сосудов и трубопроводов, по которым она движется. Идеальная жидкость также обладает абсолютной несжимаемостью. Такая жидкость не существует в действительности, и была придумана для облегчения и упрощения ряда теоретических выводов и исследований.

3. Определение вязкости. Коэффициенты вязкости. Единицы измерения

4. Какая связь существует между динамической и кинематической вязкостями и какова их размерность в Международной системе единиц?

Вязкость жидкости - свойство жидкости сопротивляться скольжению или сдвигу ее слоев. Суть ее заключается в возникновении внутренней силы трения между движущимися слоями жидкости, которая определяется по формуле Ньютона

где S - площадь слоев жидкости или стенки, соприкасающейся с жидкостью, м², μ- динамический коэффициент вязкости, или сила вязкостного трения,  d /dy - градиент скорости, перпендикулярный к поверхности сдвига.

Отсюда динамическая вязкость равна

где τ - касательные напряжения жидкости, τ = T/S.

Отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости называется кинематическим коэффициентом вязкости:

Величина ν (произносится "ню") равная 1см²/с называется стоксом (Ст), а 0,01 Ст - 1 сантистоксом (сСт).

Вязкость жидкости зависит от температуры и от давления. При повышении температуры вязкость жидкости уменьшается и наоборот. У газов наблюдается обратное явление: с повышением температуры вязкость увеличивается, с понижением температуры - уменьшается.

5. Определение плотности. Формула вычисления. Единица измерения.

Одной из основных механических характеристик жидкости является ее плотность. Плотностью жидкости называют массу жидкости заключенную в единице объема.

6. Что такое объёмныё(удельный) вес жидкости и как он связан с плотностью жидкости?

Удельный вес γ - вес жидкости в единице объема:

γ=G/V

где G - вес жидкости. Единицы измерения γ в системе СГС - дин/см³, в системе МКГСС - кгс/м³, а в системе СИ - Н/м³.

Удельный вес и плотность связаны между собой зависимостью γ=ρ·g, где g - ускорение свободного падения.

7. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения. Единица измерения.

Силы поверхностного натяжения - эти силы стремятся придать сферическую форму жидкости. Силы поверхностного натяжения обусловлены поверхностными силами и направлены всегда внутрь рассматриваемого объема перпендикулярно свободной поверхности жидкости.

8. Определение сжимаемости. Коэффициент объемного сжатия. Формула вычисления. Единица измерения.

Сжимаемость - свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия, который определяется по формуле

м^2/H (1/Па)

где V - первоначальный объем жидкости, dV - изменение этого объема, при увеличении давления на величину dP.

9. Определение температурного расширения. Коэффициент температурного расширения. Формула вычисления. Единица измерения.

Температурное расширение - относительное изменение объема жидкости при увеличении температуры на 1°С при Р = const. Характеризуется коэффициентом температурного расширения

Поскольку для капельных жидкостей коэффициент температурного расширения ничтожно мал, то при практических расчетах его не учитывают.

10. Какими приборами определяется вязкость жидкости?

Процесс определения вязкости называется вискозиметрией, а приборы, которыми она определяется вискозиметрами.

11. Определение модуля упругости. Формула вычисления. Единица измерения.

Объёмный модуль упругости (K) характеризует способность вещества сопротивляться всестороннему сжатию

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется объемным модулем упругости жидкости

Модуль объемной упругости не постоянен и зависит от давления и температуры.

12. Какой процесс называется изотермическим? Запишите уравнение этого процесса.

Изотермический процесс -термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Первый закон термодинамики для изотермического процесса записывается в виде:

где подразумевается, что внутренняя энергия системы в изотермическом процессе не изменяется.

13. Какой процесс называется политропическим? Запишите уравнение этого процесса.

Политропный процесс, политропический процесс — термодинамический процесс, во время которого удельная теплоёмкость газа остаётся неизменной.

В соответствии с сущностью понятия теплоёмкости , предельными частными явлениями политропного процесса являются изотермический процесс () и адиабатный процесс ().

14. Какой процесс называется адиабатическим? Запишите уравнение этого процесса.

Адиабати́ческий, или адиаба́тный проце́сс  — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается тепловой энергией с окружающим пространством 

Если термодинамический процесс в общем случае являет собой три процесса — теплообмен, совершение системой (или над системой) работы и изменение её внутренней энергии^[5], то адиабатический процесс в силу отсутствия теплообмена () системы со средой сводится только к последним двум процессам^[6]. Поэтому, первое начало термодинамики в этом случае приобретает вид^{[7][Комм 1]}

где  — изменение внутренней энергии тела,  — работа, совершаемая системой.

15. Что называется абсолютным гидростатическим давлением?

16.В каких единицах измеряется гидростатическое давление?

В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением. Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна.

Рассмотрим резервуар с плоскими вертикальными стенками, наполненный жидкостью (рис.2.1, а). На дно резервуара действует сила P равная весу налитой жидкости G = γ V, т.е. P = G.

Если эту силу P разделить на площадь дна S_abcd, то мы получим среднее гидростатическое давление, действующее на дно резервуара.

Гидростатическое давление имеет размерность в системе СИ Паскаль (Па). Оно обладает тремя свойствами. Первое свойство. Гидростатическое давление направлено по внутренней нормали к поверхности, на которую оно действует. Второе свойство. Гидростатическое давление в точке действует одинаково по всем направлениям и может быть выражено соотношением

Px=Py=Pz=Pn

(2.2)

Третье свойство. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве и может быть записано следующим образом:

P=f (x, y, z)

(2.3)

17. Какими приборами измеряется давление?

Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.

18. Определение манометрического давления.

Манометрическое давление - избыточное давление над отмосферным(Раб-Рат)

19. Определение вакуумметрического давления

Если абсолютное давление меньше атмосферного , то в жидкости имеет место разрежение, или вакуум. Такое давление называют вакуумметрическим давлением 

20. Как записывается основное уравнение гидростатики?

P = P₀ + ρgh

Полученное уравнение называют основным уравнением гидростатики. По нему можно посчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления P₀ на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.

 h – глубина жидкости, на которой определяется давление P

21. В чем состоит сущность закона Паскаля?

жидкости и газы передают оказываемое на них давление по всем направлениям одинаково. Закон этот был открыт в 17 веке французским ученым Паскалем и потому носит его имя.

Закон Паскаля описывается формулой давления:

p=F/S,

где  p – это давление, F – приложенная сила, S – площадь сосуда.

Из формулы мы видим, что при увеличении силы воздействия при той же площади сосуда давление на его стенки будет увеличиваться. Измеряется давление в ньютонах на метр квадратный или в паскалях (Па), в честь ученого, открывшего закон Паскаля.

22. В чем состоит сущность закона Архимеда?

Закон Архимеда формулируется следующим образом^[1]: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа). Сила называетсясилой Архимеда:

где  — плотность жидкости (газа), g постоянный коэффициент = 9,8 (иногда просто 10), а  — объём погружённого тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности). 

23. Что называется элементарной струйкой?

Элементарная струйка - часть жидкости ограниченная трубкой тока. Совокупность линий тока проходящих через элементарную площадку. Элементарная струйка обладает следующими свойствами:

1. форма элементарной струйки остается неизменной во времени. 2. обмен частицами между отдельными струйками не возможен (вектор скорости направлен по касательной, нормальная составляющая равна 0). 3. скорость и давление во всех точках сечения одинаковы в виду малости сечения.

24. Что называется потоком жидкости?     Совокупность элементарных струек протекающих через площадь достаточно большую, но ограниченных размеров.

25. Определение явления кавитации.

. Кавитация - образование в жидкости пульсирующих пузырьков (каверн, полостей), заполненных паром, газом или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация).

26. Что такое давление насыщенного пара?

Насы́щенный пар — это пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом того же состава^[1].

Давление насыщенного пара связано определённой для данного вещества зависимостью от температуры. Когда внешнее давление падает ниже давления насыщенного пара, происходит кипение (жидкости) или возгонка(твёрдого тела); когда оно выше — напротив, конденсация или десублимация.

27. Определение объемного расхода. Формула вычисления. Единица измерения.

Объемным расходом Q называется объем жидкости, прошедший через поперечное сечение за единицу времени:

28. Определение массового расхода. Формула вычисления. Единица измерения.

Массовым расходом Q_m называется масса жидкости, прошедшая через поперечное сечение за единицу времени:

.

(1.0)

Массовый расход равен произведению плотности  на объемный расход:

.

(1.0)

29. Определение весового расхода. Формула вычисления. Единица измерения.

30. Определение ньютоновской жидкости. Примеры.

Нью́тоновская жи́дкость (названная так в честь Исаака Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость

31.Определение неньютоновской жидкости. Примеры.

Неньютоновской жидкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости.^[1][2] Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.

растворы полимеров, ряд твердых суспензий и большинство очень вязких жидкостей

32. Какие режимы движения существуют? Как определить режим движения в трубе?

ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные перемещения частиц жидкости.

Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости. Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической υ _кр.

Определяются с помощью числа Рейнольдса Re<2300 ламинарный режим течения, при Re>2300 – турбулентный.

Число, или, правильнее, критерий Рейно́льдса (), — безразмерная величина, характеризующая отношение нелинейного и диссипативного членов в уравнении Навье — Стокса^[1]. Число Рейнольдса также считаетсякритерием подобия течения вязкой жидкости.

Число Рейнольдса определяется следующим соотношением:

где

•  — плотность среды, кг/м³;

•  — характерная скорость, м/с;

•  — гидравлический диаметр, м;

•  — динамическая вязкость среды, Н·с/м²;

•  — кинематическая вязкость среды, м²/с() ;

•  — объёмная скорость потока;

•  — площадь сечения трубы.

38. Как записывается уравнение неразрывности потока при установившемся движении сжимаемой жидкости или газа?

39. Как записывается уравнение неразрывности потока при установившемся движении несжимаемой жидкости?

40. Что такое напор?

Напо́р (в гидравлике и гидромеханике) — величина давления жидкости (или газа), выражаемая высотой столба жидкости (газа) над выбранным уровнем отсчёта; измеряется в линейных единицах (метрах). Либо же — энергия, отнесенная к единице веса жидкости (газа) — приращение полной идеальной механической энергии, которую получает поток при прохождении через нагнетатель. 41. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости. Поясните величины, входящие в уравнение и их размерности.

42. Уравнение Бернулли для реальной жидкости. Поясните величины, входящие в уравнение и их размерности.

43. В чем заключается геометрический смысл уравнения Бернулли?

Уравнение Даниила Бернулли, полученное в 1738 г., является фундаментальным уравнением гидродинамики. Оно дает связь между давлением P, средней скоростью υ и пьезометрической высотой z в различных сечениях потока и выражает закон сохранения энергии движущейся жидкости. С помощью этого уравнения решается большой круг задач.

Уравнение Бернулли можно истолковать и чисто геометрически. Дело в том, что каждый член уравнения имеет линейную размерность. Глядя на рис.3.5, можно заметить, что z1 и z2 - геометрические высоты сечений 1-1 и 2-2 над плоскостью сравнения;  - пьезометрические высоты;  - скоростные высоты в указанных сечениях.

В этом случае уравнение Бернулли можно прочитать так: сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высоты для идеальной жидкости есть величина постоянная.

44. В чем заключается энергетический смысл уравнения Бернулли?

С энергетической точки зрения каждый член уравнения представляет собой определенные виды энергии:

z1 и z2 - удельные энергии положения, характеризующие потенциальную энергию в сечениях 1-1 и 2-2;  - удельные энергии давления, характеризующие потенциальную энергию давления в тех же сечениях;  - удельные кинетические энергии в тех же сечениях.

Следовательно, согласно уравнению Бернулли, полная удельная энергия идеальной жидкости в любом сечении постоянна.

45. Как определить удельную потенциальную энергию струйки?

52. 53.

характер шероховатости зависит от материала стенок труб, степени обработки, а последние определяют высоту выступов, их густоту и форму. Для приближенной оценки введено понятие средней высоты бугорков (выступов) шероховатости, называемой абсолютной шероховатостью и обозначаемой k. Очевидно, что чем меньше диаметр, тем быстрее частицы жидкости совершат пробег от центра трубопровода к стенкам и встретятся с бугорками шероховатости, и, отражаясь от них, вызовут возмущения в потоке жидкости. Следовательно, частота вихреобразования при малых диаметрах труб больше, и шероховатость той же высоты проявляется сильнее. Поэтому введено понятие относительной шероховатости, т. е. отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубы .

54. 55.Гибравлически гладкая труба. И шероховатая труба.

Было установлено, что при больших числах Рейнольдса и высокой шероховатости коэффициент гидравлического трения в трубах совсем не зависит от вязкости жидкости (числа Рейнольдса), а зависит только от относительной шероховатости (в этих условиях трубы и русла называют вполне шероховатыми). Трубы же, в которых коэффициент зависит только от числа Рейнольдса и не зависит от относительной шероховатости, что бывает при сравнительно малых R_e и k/d, называют гидравлически гладкими.

59. Малым отверстием называется отверстие, если его размер по высоте не превышает напор , т.е. можно пренебречь изменением давления по его площади.

60. Что такое насадок?

Гидравлический насадок, гидравлическая насадка, короткая труба для выпуска жидкости в атмосферу или перетекания жидкости из одного резервуара в другой, тоже заполненный жидкостью. Г. н. являются не только трубы, но и каналы, отверстия в толстых стенках, а также щели и зазоры между деталями машин. Длина Г. н., при которой возможно заполнение всего сечения канала и достигается максимальная пропускная способность для внешних и внутренних цилиндрических насадков, составляет (3—4) d. Для конических сходящихся и расходящихся насадков существуют оптимальные углы конусности. Наибольшей пропускной способностью обладает коноидальный Г. н., продольное сечение которого выполняется по форме вытекающей из отверстия струи. Г. н. специальных конструкций применяют в форсунках для распыления топлива.

  Расход жидкости при её истечении через Г. н. определяется по формуле

  

  где w_вых — площадь выходного сечения насадка, Н — напор, который обусловливает течение жидкости, m_нас — коэффициент расхода, определяемый опытным путём и зависящий от конструкции насадка, напора, а также от физических свойств жидкости.